[实用新型]基于光纤传感器的钢筋混凝土锈蚀程度定量监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于工程、建筑耐久性监测和评估检测技术，具体讲，涉及基于光纤传感器的钢筋混凝土锈蚀程度定量监测系统。

技术背景

钢筋混凝土结构的耐久性是公共交通、土木工程等领域最为关注的问题之一。在实际应用中，钢筋耐久性的退化将引起建筑物结构性能的劣化，从而缩短其使用寿命，造成巨大的安全隐患。特别是海洋环境中，海水中氯离子的侵蚀作用将直接影响混凝土中钢筋的腐蚀，导致其承载能力下降，最后不可避免的导致结构塌陷，所以渗入混凝土的液态氯离子成为钢筋混凝土锈蚀的主要原因。高性能全尺度监测手段一直是海港工程钢筋混凝土结构的耐久性监测与评估的客观需求。

近几年，光纤光栅传感器在钢筋混凝土锈蚀检测方面得到了快速发展。光纤传感器将传感器和信号传输集于一体，体积小，测量精度高，可靠性高，耐腐蚀，抗电磁干扰，寿命长，并且可实现多点分布式传感探测，便于实际工程应用，很适合用于建筑物的长期健康监测。

目前主流技术是利用钢筋锈蚀后体积发生膨胀，采用光纤光栅测量应力应变的方法通过测量这种膨胀来监测锈蚀。中国发明专利200710019822.4公开了一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的检测方法。该系统的将一根布拉格光纤光栅粘贴在两根钢筋棒顶面，当钢筋锈蚀并发生体积膨胀时，粘贴的光纤光栅将受到横向拉力作用，通过光纤光栅测量这个拉力可以监测钢筋的锈蚀。这个系统的缺点是，当监测到锈蚀时，钢筋锈蚀程度已经比较严重，无法监测早期钢筋刚与液态氯离子接触而未锈蚀时的状态并提前预警，可能造成无法及时进行维修和维护工作，并且这种方法也无法定量监测钢筋锈蚀程度，无法反应出混凝土内部液态氯离子的浓度梯度分布和对锈蚀的影响。中国发明专利200710021728.2公开了一种长周期光纤光栅的钢筋腐蚀监测方法及其传感器，该发明的传感器为长周期光纤光栅，将单根钢筋置于不锈钢基座之上，利用钢筋腐蚀后导致的长周期光纤光栅的微弯效应来表征腐蚀程度和腐蚀速率。这种传感器缺点是，一方面，该方法也无法监测早期钢筋刚与液态氯离子接触而未锈蚀时的状态，另一方面，这种方法无法确定内部不同深度的锈蚀程度。

综上所述，海港工程钢筋混凝土锈蚀最主要因素是海水中液态氯离子渗入混凝土结构中，而现有的海港工程钢筋混凝土锈蚀程度定量监测系统大多是在钢筋锈蚀后发生体积膨胀才能检测，目前没有人提出在线、定量、能够测量钢筋混凝土中液态氯离子浓度梯度分布的钢筋混凝土锈蚀程度监测的方法，实现一种可以测量钢筋混凝土中液态氯离子浓度梯度分布、定量监测锈蚀程度并且检测早期钢筋刚与液态氯离子接触而未锈蚀的状态的传感系统是该领域急需解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，针对目前海港工程钢筋混凝土锈蚀监测主流技术存在的无法测量钢筋混凝土中液态氯离子浓度梯度分布、无法利用混凝土内部液态氯离子浓度定量监测锈蚀程度、无法检测早期钢筋刚与液态氯离子接触而未锈蚀时的状态这三个缺点，设计一种多长周期光纤光栅传感器，通过定量测量液态氯离子浓度的方法，测量海港工程中海浪经常拍打处的建筑物混凝土由表及里，定量监测锈蚀程度，并且通过得到的海水氯离子渗入深度，检测早期钢筋刚与液态氯离子接触而未锈蚀状态，通知相关建造和维修单位采取相应修复措施。为此，本实用新型采取的技术方案是，一种基于光纤传感器的钢筋混凝土锈蚀程度定量监测系统，结构为：包括宽带光源，所述宽带光源输出端连接耦合器的输入端，所述耦合器的输出分别连接传感器，所述传感器输出端连接光开关的输入端，所述光开关还包括一组控制IO总线，所述光开关输出端连接波长解调模块，所述波长解调模块用于输出结果。

传感器包括n根长周期光纤光栅和金属板封装，每根长周期光纤光栅都相互平行放置在金属板封装的槽内，每两个槽间相距1.5厘米，每根长周期光纤光栅两端分别用粘性胶固定于金属板封装的细槽中，其中只有一个光纤光栅传感区的细槽用粘性硅脂填充，其他光纤光栅传感区裸露在外面，金属板封装与混凝土表面垂直并埋入混凝土内，每根长周期光纤光栅与混凝土表面平行，最靠近混凝土表面的长周期光纤光栅距表面不超过5毫米。

所述宽带光源波长范围为1540～1590nm，输出功率为20mw；耦合器波长范围为1540～1590nm；所述长周期光纤光栅周期为580um，谐振峰范围为1540～1590nm，其中具有粘性硅脂填充传感区的那根作为温度参考光纤作温度补偿，另外五根用于测量液态氯离子浓度；所述波长解调模块波长范围为1530～1600nm，分辨率不低于30pm。

所述一组控制IO总线与单片机相连接，单片机还与液晶显示装置、复位电路、告警灯相连接。